C++中赋值运算符、拷贝构造函数及相关概念详解

# C++ 中赋值运算符、拷贝构造函数及相关概念详解 ## 1. 赋值运算符与继承 赋值运算符在运算符中较为特殊，它是不可继承的。如果在基类中重载了赋值运算符，派生类无法使用这个相同的函数。 ## 2. 拷贝构造函数 ### 2.1 定义与调用 可以使用两种语句来定义并初始化一个对象为另一个对象的值： ```cpp alpha a3(a2); // 拷贝初始化 alpha a3 = a2; // 拷贝初始化，另一种语法 ``` 这两种定义方式都会调用拷贝构造函数，它会创建一个新对象，并将参数复制到新对象中。编译器会为每个对象自动提供默认的拷贝构造函数，它会进行成员逐个复制，这与赋值运算符的操作类似，但拷贝构造函数还会创建新对象。 ### 2.2 示例代码 以下是一个重载赋值运算符和拷贝构造函数的示例： ```cpp // xofxref.cpp // 拷贝构造函数: X(X&) #include <iostream> using namespace std; class alpha { private: int data; public: alpha() // 无参构造函数 { } alpha(int d) // 单参构造函数 { data = d; } alpha(alpha& a) // 拷贝构造函数 { data = a.data; cout << "\n拷贝构造函数被调用"; } void display() // 显示数据 { cout << data; } void operator = (alpha& a) // 重载赋值运算符 { data = a.data; cout << "\n赋值运算符被调用"; } }; int main() { alpha a1(37); alpha a2; a2 = a1; // 调用重载的赋值运算符 cout << "\na2="; a2.display(); // 显示 a2 alpha a3(a1); // 调用拷贝构造函数 // alpha a3 = a1; // 等价的 a3 定义 cout << "\na3="; a3.display(); // 显示 a3 cout << endl; return 0; } ``` ### 2.3 输出结果 ``` 赋值运算符被调用 a2=37 拷贝构造函数被调用 a3=37 ``` `a2 = a1;` 调用赋值运算符，`alpha a3(a1);` 调用拷贝构造函数，`alpha a3 = a1;` 也可用于调用拷贝构造函数。 ### 2.4 拷贝构造函数的其他调用场景 - **函数参数传递**：当对象按值传递给函数时，会调用拷贝构造函数创建函数操作的副本。例如： ```cpp void func(alpha); func(a1); ``` 这里会调用拷贝构造函数创建 `a1` 对象的副本供 `func()` 使用。如果参数通过引用或指针传递，则不会调用拷贝构造函数。 - **函数返回值**：当函数返回一个值时，拷贝构造函数会创建一个临时对象。例如： ```cpp alpha func(); a2 = func(); ``` 这里会调用拷贝构造函数创建 `func()` 返回值的副本，并将其赋值给 `a2`。 ### 2.5 为何拷贝构造函数参数必须是引用 不能使用按值传递的方式作为拷贝构造函数的参数，例如 `alpha(alpha a)`，因为按值传递参数时会调用拷贝构造函数来创建副本，而这又会再次调用拷贝构造函数，导致无限递归，最终编译器会因内存耗尽而报错。所以，拷贝构造函数的参数必须通过引用传递，这样不会创建副本。 ### 2.6 注意析构函数 在按值传递参数和返回值的情况下，函数返回时临时对象会被销毁，这会调用析构函数。如果没有预料到这种情况，可能会导致问题。因此，在处理需要非成员逐个复制的对象时，尽可能通过引用传递和返回，而不是按值传递。 ### 2.7 同时定义拷贝构造函数和赋值运算符 通常在重载赋值运算符时，也需要重载拷贝构造函数，反之亦然。因为不希望在某些情况下使用自定义的复制例程，而在其他情况下使用默认的成员逐个复制方案。即使认为不会使用其中一个，编译器也可能在非明显的情况下使用它们，例如按值传递参数和返回值。如果类的构造函数涉及系统资源（如内存或磁盘文件）的使用，几乎总是需要重载赋值运算符和拷贝构造函数，并确保它们按预期工作。 ### 2.8 禁止拷贝 有时可能需要禁止对象的拷贝操作。可以将赋值运算符和拷贝构造函数重载为私有成员： ```cpp class alpha { private: alpha& operator = (alpha&); // 私有赋值运算符 alpha(alpha&); // 私有拷贝构造函数 }; ``` 当尝试进行拷贝操作时，如 `a1 = a2;` 或 `alpha a3(a1);`，编译器会提示函数不可访问，且无需定义这些函数，因为它们永远不会被调用。 ## 3. UML 对象图 UML 支持对象图，它用于描绘特定的对象，就像程序运行过程中的快照，代表特定时刻的对象。对象图是静态的 UML 图，可用于建模程序的特定行为。 ### 3.1 对象表示 在对象图中，对象用矩形表示，与类图中的类表示方式类似。对象的名称、属性和操作以类似的方式显示，但对象的名称会有下划线。可以同时使用对象名和类名，用冒号分隔：`anObj:aClass`；如果不知道对象名称，也可以只使用类名，前面加冒号：`:aClass`。 ### 3.2 链接与属性值显示 对象之间的线称为链接，表示对象之间的通信，还可以显示导航性。属性值可以用等号显示，如 `count = 0`，注意结尾没有分号，因为这是 UML 语法，不是 C++ 语法。 ### 3.3 注释 UML 中的注释用带有折角的矩形表示，用于包含注释或解释。虚线将注释连接到图中的相关元素，注释可用于任何类型的 UML 图。 ## 4. 内存高效的字符串类 ### 4.1 自定义字符串类的缺陷 之前的自定义 `String` 类版本不够完善。如果重载 `=` 运